Реши пожалуйста
Краткий ответ
Если над телом совершают работу, его внутренняя энергия увеличивается. Например, при сжатии газа он нагревается. Если тело само совершает работу, его внутренняя энергия уменьшается.
Нагревают воду в пробирке, закрытой пробкой. Образующийся пар расширяется и выталкивает пробку. Значит, пар совершает работу за счёт своей внутренней энергии.
Примеры изменения внутренней энергии теплопередачей:
- металлическая ложка нагревается в горячем чае — теплопроводность;
- вода нагревается при движении её слоёв — конвекция;
- Земля нагревается солнечными лучами — излучение.
Молекулы горячей воды движутся быстрее, чем молекулы холодной спицы. При столкновениях они передают спице часть энергии. Движение частиц спицы усиливается, поэтому её внутренняя энергия и температура увеличиваются.
Ключевые рассуждения
1. Совершение работы над телом
При сжатии газа поршень передаёт энергию его молекулам. Они начинают двигаться быстрее, поэтому температура и внутренняя энергия газа возрастают.
Главное правило:
\[ \text{работа совершается над телом} \Rightarrow U \text{ увеличивается}; \]
\[ \text{тело само совершает работу} \Rightarrow U \text{ уменьшается}. \]
2. Работа за счёт внутренней энергии
Цепочка превращений энергии:
\[ \text{внутренняя энергия пара} \rightarrow \text{механическая работа} \]
Пар расширяется, давит на пробку и сообщает ей движение. При этом часть внутренней энергии пара расходуется на работу.
3. Теплопередача
Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения механической работы над телом или самим телом. Энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому.
4. Нагревание спицы
Горячая вода соприкасается со спицей. Быстрые молекулы воды сталкиваются с частицами металла и передают им энергию. Частицы спицы начинают сильнее колебаться, поэтому спица нагревается. Через некоторое время устанавливается тепловое равновесие.
